قام علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتوعية خلايا السيليكون الشمسية الموجودة عن طريق طريقة انشطار إكسيتون المفرد. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة كفاءة الخلايا الشمسية من 18 في المائة إلى 35 في المائة وبالتالي مضاعفة إنتاج الطاقة وبالتالي تقليل تكاليف تكنولوجيا الطاقة الشمسية.
لقد أصبح من الضروري تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري وبناء التقنيات من أجل مستقبل مستدام. الطاقة الشمسية هو مصدر متجدد ل طاقة حيث يتحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. الخلايا الشمسية هي الأكثر شيوعًا من السيليكون الذي يستخدم العملية الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يتم أيضًا تصميم الخلايا الترادفية والتي تشمل عمومًا خلايا البيروفسكايت حيث يمكن لكل قسم من الخلايا الشمسية تسخير طاقة الشمس من طيفها المتنوع وبالتالي يكون لها كفاءة أعلى. الخلايا الشمسية المتاحة اليوم محدودة بسبب كفاءتها التي لا تتعدى 15-22 بالمائة.
نشرت دراسة في 3 يوليو في الطبيعة لقد أظهر كيف السيليكون شمسي يمكن رفع كفاءات الخلية إلى 35 بالمائة من خلال تطبيق تأثير يسمى انشطار إكسيتون المفرد. في هذا التأثير ، يمكن لجسيم واحد من الضوء (الفوتون) أن يولد زوجين من الثقوب الإلكترونية مقابل زوج واحد فقط. شوهد انشطار الإكسيتون المنفرد في العديد من المواد منذ اكتشافه في السبعينيات. تهدف الدراسة الحالية إلى ترجمة هذا التأثير لأول مرة إلى خلية شمسية قابلة للحياة.
Researchers transferred single exciton fission effect from tetracene – a known material which exhibits it – into crystalline silicon. This material tetracene is a hydrocarbon عضوي semiconductor. The transfer was achieved by placing an additional thin layer of hafnium oxynitride (8 angstrom) between excitonic tetracene layer and silicon solar cell and coupling them.
عملت طبقة أوكسي نيتريد الهافنيوم الصغيرة هذه كجسر وجعلت من الممكن توليد فوتونات عالية الطاقة في طبقة التتراسين والتي أدت بعد ذلك إلى إطلاق إلكترونين في خلية السيليكون على عكس المعتاد. أدى هذا التحسس لخلايا السيليكون الشمسية إلى تقليل خسائر الحرارة وتمكين حساسية أفضل للضوء. تضاعف إنتاج الطاقة للخلايا الشمسية مع زيادة الإنتاج من الأجزاء الخضراء والزرقاء من الطيف. هذا يمكن أن يعزز كفاءة الخلايا الشمسية إلى 35 بالمائة. تختلف التقنية عن الخلايا الشمسية الترادفية لأنها تضيف المزيد من التيار إلى السيليكون دون إضافة خلايا إضافية.
أظهرت الدراسة الحالية أن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون المنفردة الانشطارية يمكن أن تظهر كفاءات متزايدة وبالتالي تقلل التكلفة الإجمالية لتوليد الطاقة لتكنولوجيا الطاقة الشمسية.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
إينزينجر ، إم وآخرون. 2019. توعية السيليكون عن طريق انشطار إكسيتون المفرد في التتراسين. طبيعة سجية. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
